本發(fā)明涉及一種用于對(duì)大型凸極發(fā)電機(jī)定子單相接地故障點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位的方法，屬于發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

大型凸極發(fā)電機(jī)對(duì)地分布電容較大，定子繞組單相接地故障可能造成定子鐵芯灼傷或發(fā)展成更嚴(yán)重故障。對(duì)定子單相接地故障進(jìn)行精確定位有助于擴(kuò)展保護(hù)功能，并為故障的快速檢修提供參考信息。

目前，許多學(xué)者對(duì)大型凸極發(fā)電機(jī)定子單相接地故障的定位方法進(jìn)行了研究，取得了一定的研究成果。比如基于零序電壓幅值的故障定位方法，該方法受中性點(diǎn)運(yùn)行方式和接地點(diǎn)過(guò)渡電阻的影響較大，不能實(shí)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確定位；黨曉強(qiáng)、劉俊勇、楊可等利用行波信號(hào)實(shí)現(xiàn)定子單相接地故障的定位，但行波信號(hào)測(cè)量困難，且定位精度受故障時(shí)刻和故障點(diǎn)過(guò)渡電阻影響較大；畢大強(qiáng)、王祥珩、李德佳等利用注入式定子接地保護(hù)和零序電壓幅值特征實(shí)現(xiàn)故障定位，該方法首先利用注入信號(hào)計(jì)算接地電阻，再根據(jù)零序電壓幅值計(jì)算故障點(diǎn)位置，其缺點(diǎn)是僅適用于裝設(shè)注入式定子接地保護(hù)的機(jī)組，應(yīng)用范圍受限。

總之，現(xiàn)有的大型凸極發(fā)電機(jī)定子單相接地故障定位方法大多只考慮零序電壓幅值分量，忽略了故障后相位特征的變化，存在著定位精度低、適用范圍窄等缺陷，還有待進(jìn)一步進(jìn)行研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種大型凸極發(fā)電機(jī)定子單相接地故障的定位方法，以提高凸極發(fā)電機(jī)定子單相接地故障的定位精度，為故障的快速檢修提供可靠的參考信息。

本發(fā)明所述問(wèn)題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種大型凸極發(fā)電機(jī)定子單相接地故障的定位方法，所述方法包括以下步驟：

a.測(cè)量故障發(fā)電機(jī)的機(jī)端三相電壓和以及零序電壓

b.比較三相電壓的幅值，將電壓最低相判別為故障相；

c.利用發(fā)電機(jī)的三相電壓計(jì)算故障相電勢(shì)

d.利用故障后的零序電壓和正常運(yùn)行時(shí)的零序電壓計(jì)算零序電壓突變量并計(jì)算零序電壓突變量和故障相電勢(shì)間的相位角φm；

e.根據(jù)零序電壓突變量和故障相電勢(shì)間的相位角φm與故障點(diǎn)接地電阻rf的關(guān)系：

φm＝180°-arg(rf/z+1+jωcg∑rf)

計(jì)算出故障點(diǎn)接地電阻rf，式中：z為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的接地阻抗，其數(shù)值與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式有關(guān)；cgσ為發(fā)電機(jī)三相對(duì)地的總電容；

f.利用故障點(diǎn)接地電阻rf和零序電壓突變量確定故障點(diǎn)位置，用α表示故障位置到中性點(diǎn)的定子繞組匝數(shù)占繞組總匝數(shù)的百分比，則：

上述大型凸極發(fā)電機(jī)定子單相接地故障的定位方法，利用發(fā)電機(jī)的三相電壓計(jì)算故障相電勢(shì)的方法如下：

若a相為故障相，則

若b相為故障相，則

若c相為故障相，則

本發(fā)明利用零序電壓的相位特征計(jì)算故障點(diǎn)接地電阻，進(jìn)而確定故障點(diǎn)的位置，該方法能夠在各種中性點(diǎn)接地方式下，實(shí)現(xiàn)大型凸極發(fā)電機(jī)定子單相接地故障的精確定位，可為故障的快速檢修提供可靠的參考信息。此外，本發(fā)明所用電氣量信號(hào)均為工頻信號(hào)，對(duì)于未裝設(shè)注入式保護(hù)的機(jī)組同樣適用，無(wú)需增加額外一次設(shè)備投資，應(yīng)用范圍廣。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是發(fā)電機(jī)定子單相接地故障原理圖；

圖2是大型凸極發(fā)電機(jī)定子單相接地故障定位裝置示意圖。

圖中各標(biāo)號(hào)分別表示為：1、發(fā)電機(jī)，2、電壓互感器，3、發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置。

文中所用各符號(hào)的意義：α表示故障位置到中性點(diǎn)的定子繞組匝數(shù)占繞組總匝數(shù)的百分比；ca、cb和cc分別表示發(fā)電機(jī)a、b、c三相定子繞組的對(duì)地電容；cgσ表示發(fā)電機(jī)三相對(duì)地的總電容；和分別表示發(fā)電機(jī)定子a、b、c三相的電動(dòng)勢(shì)；為故障相電勢(shì)；為故障點(diǎn)到中性點(diǎn)的繞組電動(dòng)勢(shì)；為故障點(diǎn)的接地電流；rf為故障點(diǎn)接地電阻；z表示中性點(diǎn)的接地阻抗；和分別表示發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓；φm表示故障相電勢(shì)的相位角；表示零序電壓；表示發(fā)電機(jī)故障后的零序電壓；表示發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的零序電壓；表示零序電壓突變量。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出了一種利用零序電壓相位特征計(jì)算故障電阻，進(jìn)而對(duì)大型凸極發(fā)電機(jī)的定子單相接地故障進(jìn)行定位的方法。本方法無(wú)需額外增加硬件設(shè)備，僅利用已有的發(fā)電機(jī)端電壓互感器和發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置即可實(shí)現(xiàn)接地故障的準(zhǔn)確定位。

參看圖1，假設(shè)發(fā)電機(jī)a相定子繞組發(fā)生了接地故障，α表示故障位置到中性點(diǎn)的定子繞組匝數(shù)占繞組總匝數(shù)的百分比。圖中，ca、cb和cc分別表示發(fā)電機(jī)a、b、c三相定子繞組的對(duì)地電容，為簡(jiǎn)化分析假設(shè)發(fā)電機(jī)的分布電容集中在機(jī)端處。和分別表示發(fā)電機(jī)定子a、b、c三相的電動(dòng)勢(shì)；為故障點(diǎn)到中性點(diǎn)的繞組電動(dòng)勢(shì)，為故障點(diǎn)的接地電流。rf為故障點(diǎn)接地電阻；z表示中性點(diǎn)的接地阻抗，其數(shù)值與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式有關(guān)。

故障定位方法如下：

步驟1：利用發(fā)電機(jī)端電壓互感器測(cè)量機(jī)端三相電壓和和零序電壓

步驟2：比較三相電壓幅值，電壓最低相判別為故障相；

步驟3：利用機(jī)端三相電壓計(jì)算故障相電勢(shì)以a相繞組發(fā)生了接地故障為例，可由計(jì)算得到；

步驟4：利用故障后的零序電壓和正常運(yùn)行時(shí)的零序電壓計(jì)算零序電壓突變量并計(jì)算零序電壓突變量和故障相電勢(shì)間的相位角φm；

步驟5：利用φm計(jì)算故障點(diǎn)接地電阻rf：

大型凸極發(fā)電機(jī)定子繞組每分支匝數(shù)較多，定子繞組每分支匝數(shù)和每極每相槽數(shù)為數(shù)倍的關(guān)系，因此故障點(diǎn)到中性點(diǎn)的繞組電動(dòng)勢(shì)與故障相電勢(shì)的相角差很小，忽略繞組電動(dòng)勢(shì)與故障相電勢(shì)的相角差，可得故障點(diǎn)到中性點(diǎn)的繞組電動(dòng)勢(shì)與故障相電勢(shì)的關(guān)系近似為：其中α為故障位置到中性點(diǎn)的定子繞組匝數(shù)占總匝數(shù)的百分比。

定子繞組單相接地故障后，零序電壓突變量的表達(dá)式為：

式中cgσ——發(fā)電機(jī)三相對(duì)地的總電容；

零序電壓突變量與故障相電勢(shì)的相位角φm之間存在以下關(guān)系：

將式(1)代入式(2)可得：

對(duì)于大型凸極發(fā)電機(jī)，φm的大小僅與中性點(diǎn)接地阻抗、定子繞組總對(duì)地容抗和接地電阻有關(guān)，式(3)中僅有故障點(diǎn)接地電阻rf為未知量，由此可以求得rf的值。不同中性點(diǎn)接地方式時(shí)，故障點(diǎn)接地電阻rf可由式(4)～(6)表示：

◆中性點(diǎn)不接地時(shí)，故障點(diǎn)接地電阻rf為：

◆中性點(diǎn)經(jīng)高阻z＝rn接地時(shí)，故障點(diǎn)接地電阻rf為：

◆中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈z＝xl接地時(shí)，故障點(diǎn)接地電阻rf為：

步驟6：利用故障點(diǎn)接地電阻rf和零序電壓突變量代入式(1)，即可確定故障點(diǎn)位置：

大型凸極發(fā)電機(jī)定子單相接地故障定位裝置示意圖如圖2所示，該裝置包括發(fā)電機(jī)1，電壓互感器2和發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置3。故障點(diǎn)接地電阻計(jì)算的實(shí)現(xiàn)方法為：利用電壓互感器2測(cè)量發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓和零序電壓后，首先利用低電壓選相方法選出故障相，然后計(jì)算零序電壓突變量和故障相電勢(shì)最后代入公式(2)～(6)計(jì)算出故障點(diǎn)接地電阻rf。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

1.傳統(tǒng)定子接地故障定位研究主要考慮零序電壓幅值分量，忽略了故障后相位特征的變化，本發(fā)明首次提出了利用零序電壓相位特征計(jì)算接地電阻的方法。

2.該方法適用于各種中性點(diǎn)接地方式，高阻接地故障時(shí)也能準(zhǔn)確計(jì)算接地電阻，實(shí)現(xiàn)故障定位。

3.該方法所有電氣量信號(hào)均為工頻信號(hào)，對(duì)于未裝設(shè)注入式保護(hù)的機(jī)組同樣適用，無(wú)需增加額外一次設(shè)備投資。